通风机变频调速控制系统的设计(1).pdf

总第202期 2020年第2期 机械管理开发 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT Total 202 No.2, 2020 自动化技术与设计 D0110.16525/l4-1134/th.2020.02.075 通风机变频调速控制系统的设计 张剑波 阳煤寺家庄有限责任公司防突队， 山 西 阳 泉045300 摘 要 针 对 矿 井 通 风 机 耗 能 大 、 启停阶段对系统冲击大的问题， 在对变频调速控制系统总体设计的基础上， 对系统硬件（ 变频器、 PLC控制器等） 及总体软件程序进行设计， 并通过实践得出工作面在不同瓦斯浓度下变 频器电机的对应频率， 对实现综采工作面的安全生产具有现实意义。 关键词 通 风 机 变 频 调 速 P L C 变 频 器 节 能 中图分类号TP277 文献标识码A 文章编号 1003-773X 2020 02-0169-03 引言 综采工作面采煤时， 煤层中所含的有毒气体包 括瓦斯、C0 、H2 S等会被释放出来。其中， 瓦斯是影 响煤炭安全生产的重要威胁源，而C0 、H2 S等气体 严重威胁着综采工作面作业人员的人身健康。 因此， 为确保综采工作面及作业人员的安全、 健康， 需确保 工作面有毒气体的含量满足 煤炭安全规程 的相关 标准要求[1]。 通风机作为综采工作面的关键设备， 其 被称为煤矿的呼吸系统，为工作面及人员提供新鲜 空气的同时降低工作面有毒气体的含量。在实际生 产中， 通风机控制精度低、 自动化程度低以及耗电量 高等问题， 其工作性能尚不能满足实际生产的需求， 无法为作业人员及工作面提供安全的工作环境。因 此，需对当前通风机的控制系统进行变频调速改进 设计。 1变频调速控制系统的总体设计 1.1控制系统的功能要求 为确保所设计的通风机变频调速控制系统能够 满足实际生产的需求，要求变频调速控制系统满足 如下特性 1 抗干扰性、 可靠性。 由于综采工作面恶劣的生 产环境，该变频调速控制系统采用PLC控制方式。 因此， 需对PLC控制器采取隔离、 滤波等措施 。将 系统中的开关动作由传统的机械触点继电器更换为 无触点半导体电路,提高系统的可靠性。 2 系统具有一定的节能效果。为解决通风机耗 电量、 启停时对系统造成冲击的问题， 本系统采用变 频器拖动电机，根据现场工况及实时风机风量大小 智能调节通风机电机转速，在减少通风系统在启停 阶段对系统造成冲击的同时， 达到节能的效果。 3 自动监测功能及容错性。为降低作业人员的 收稿日期 2019-12 - 24 2019-12 - 24 作者简介 张剑波（ 1987（ 1987） ，） ，男， 本 科 ， 毕业于太原科技大学机 械制造及其自动化专业， 通风与安全助理工程师。 劳动强度， 提升系统的自动化程度， 该系统增设自动 监测功能， 对现场风机的运行状态、 瓦斯浓度等参数 进行监测。 当工作面通风机遇到故障时， 为确保其工 作面环境满足相关标准要求， 要求系统具有容错性， 可在其中一台通风机出现故障时， 通过“ 切换” 按钮 启动另一台通风机， 从而避免事故的发生[ 3 ] 。 1.2变频调速控制系统的结构组成 变频调速控制系统的核心控制器为PLC, 系统 主要分为监测分系统、 控制分系统以及传动分系统。 PLC控制系统通过现场工作面监测设备对通风机的 运行状态及相关数据进行监测监测分系统） ;基于 PLC控制器对所得数据处理后将控制指令通过变频 器传递至相关电机控制分系统。 此外， 基于PLC控 制器将所采集到通风机的运行状态及数据显示与工 况机上，用户可通过触摸屏选择传动其控制指令并 查看相关参数传动分系统[ 4 ] 。 2变频调速控制系统硬件的设计 变频调速控制系统的核心硬件包括有PLC控制 器和变频器。本节着重对该系统的核心硬件和辅助 设备进行设计。 2.1 PLC的选型及硬件设计 出于综采工作面的安全性和系统可靠性综合因 素的考虑， 本系统所采用PLC控制器的类型为H系 统S7-400H冗 余PLC。冗 余PLC控制器由冗余 CPU、 电源模块以及相关通信模块组成。此外， 还可 根据控制需求加设接口模块。 本系统所选用PLC的型号为AS412-3-2H,该 PLC控制器的CRJ型号为412-3H。根据控制需求， 对PLC控制器各个地址分配如下页表1所示。 2.2变频器的选型设计 1变频调速原理。所谓变频调速指的是系统通 过调整电机的频率达到对风量的无级控制。其控制 原理如式（1所示 n 6 0j{ 1 -5 /p . 1 170. 机械管理幵发 jxglkfhjb 第3 5卷 点动键- 0-9数字键 复位键应答） 符号键 图 1变频器操作界面 为提升控制系统的可靠性，该型变频器的控制 电路主要由驱动电路、风量监测电路、电压检测电 路 、 电流检测电路以及相关保护电路组成。 3变频调速控制系统软件的设计 本系统采用组态软件对系统的控制部分和监测 部分的软件进行设计。为确保对软件程序的维护功 能 ， 对变频调速控制系统进行模块化设计。 在结合通 风机综采工作面的运行任务的基础上，本文对系统 软件的总体程序流程图设定如图2所示。 为实现通风机在正常运行状态下的节能运行， 除 出 控 制| ---------- | x频ig行 丨 图 2变频调速控制系统程序流程图 本程序主要针对其在瓦斯浓度低于1.5时通风机 的运行状态进行监测控制。 如图2所示， 系统首先对 工作面的瓦斯浓度进行监测。当瓦斯浓度超过限值 1.5时， 工作面进行瓦斯排放操作;当瓦斯浓度在规 定范围之内时，通过控制变频器实现对通风机在工 频和变频切换时的运行，并实时监测变频器是否存 在故障。 鉴于综采工作面存在粉尘， 设定电机的最小频 率 为 25 Hz。经实践表明， 根据工作面瓦斯浓度的 不同， 与其相对应的变频器电机的工作频率如表2 所示。 表 2不同瓦斯浓度下电机频率 瓦斯浓度/变频器电机频率/Hz变频器电压W 0.50241.7 0.75292.8 1.00343.4 1.25424.6 1.50515.4 4结语 矿井通风机为综采工作面提供新鲜空气的同 时， 将工作面的有毒气体、 粉尘等有害物质排除， 是 确保综采工作面安全生产及作业人员身心健康的关 键设备。 将变频调速控制系统应用于通风机系统中， 并选用可靠性高的PLC控制器、变频器等关键设 备 ， 为确保通风机变频调速控制的可靠性奠定基础。 参考文献 [ 1 ] 高盼峰.基于PLC的煤矿通风机变频调速控制系统的设计[J]. 机械管理开发,20丨 9， 34 11 201 -203. 表 1 PLC 控制器地址分配及功能 信号类型地址编号功能 fej入信号 10-11控制电机启停 12复位变频器 13接通变频器电源 110变频故障信息的读取 输出信号 〇 〇复位操作 01声音报警功能的实现 02瓦斯浓度超限报警 03变频器故障报警 04实现电机在变频、 T 频下切换运行 式中W为电机转速;/ 为三相异步电动机的运行频 率;S为三相异步电动机的转差率;p为三相异步电 动机的极对数。分析式（1可知风机转速与其三相 异步电机的运行频率成正比。我国电网频率范围 050 Hz。因此， 基于变频调速可实现对通风机风量 的平滑调速。 2变频器选型。 变频器作为该系统的执行机构, 其性能直接决定着最终对通风机风量及风速的调节 效果。 综合分析通风机的工作特点及电压功率因素、 电压波形等， 且为实现较宽的调速范围， 本文所选型 变频器的型号为5HK62-5B™ 。 该变频器的操作界面 如 图1所示。 . 2 A 23 丨 iee. see I LED 红 - LED绿 「 〇 故障 运转 开 机 键 - 关 机 键 -a l i LCD4行x 16字符 2 _单元背面的9 针 } SUB-D插头 RBmB Sa m s □□□□ 2020年第2期张剑波通风机变频调速控制系统的设计 171 [ 2 ] 仝明.变频调速节能技术在石油化工工业的应用[J].化工设计 通讯,2019,451029;52. [ 3 ] 王培森.基于PLC选煤厂储煤仓通风机变频调速系统设计[J]. 机电工程技术， 2019,489 159-161. [ 4 ] 赵宪东.基于PLC的变频调速控制系统在生辉矿井主通风机上 的设计应用[J].山西冶金， 2019,424 172-174. [ 5 ] 臧利华.变频控制技术在煤矿机电中的应用[J].电子技术与软 件工程,2〇 1917106-1〇 7. 编辑趁婧） Design of Fan Variable Speed Control System Zhang Jianbo Yangquan Coal Sijiazhuang Co., Ltd., Yangquan Shanxi 045300 Abstract Aiming at the problem of high energy consumption and high impact on the system in the start-stop stage of mine ventilator, the system hardware frequency converter, PLC controller, etc.and the overall software program are designed based on the overall design of the variable frequency control system. Key words ventilator; frequency conversion speed regulation; PLC, frequency converter; energy saving 上接第82页） Analysis on Application of Chain Break Protection in Scraper Conveyor Hu Xuemin1 , Wang Shaowei2 Shanxi Wangjialing Coal Industry Co., Ltd., Shanxi Xinzhou 036604 Abstract Aiming at the chain breaking problem of the scraper conveyor, the paper puts forward the detection of the chain breaking protection based on the change rate of the current and the slip rate protection based on the change of the speed, in order to solve the problems of the timely stop protection after the chain breaking of the scraper and the pre-inspection protection before the chain breaking of the scraper. According to the actual application effect and operation data analysis, the detection of broken chain protection can effectively reduce the probability of broken chain failure of scraper conveyor, at the same time, it can reliably stop the protection in case of broken chain failure, and ensure the starting rate of fully mechanized mining equipment. Key words scraper conveyor; frequency conversion integrated machine; current change rate; slip rate 上接第148页） [ 4 ] 董强强. 重介浅槽排矸系统在西曲选煤厂准备车间的应用[J]. [ 5 ] 王生义.增设分散罩改善无压三产品旋流器分选效果[J].山西 机械管理开发,2016,31377-79. 焦煤科技,20085 14-16. 编辑 贾娟） Study on Reation of Gangue and Coarse Slime Separation System in Shallow Tank Su Songrong Shanxi Pulongwan Coal Industry Co., Ltd., Datong Shanxi 037100 Abstract This paper analyzes the existing problems of coal discharge gangue technology and crude coal slime separation in our coal concentrator, puts forward the reing scheme of gangue discharge and coarse coal slurry separation system on the basis of the selected coal characteristics and selectability, and determines the main equipment after revamping. The practical application results show that the project investment is reasonable, the technical effect is ideal, and it can create 23.81 million yuan profit for the enterprise every year. Key words shallow channel gangue; coarse slime sorting system; coarse slime sorting system